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分子シミュレーションとデータ科学手段の連携による多糖誘導体キラル分離機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 21K05187
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分35020:高分子材料関連
研究機関宮崎大学

研究代表者

湯井 敏文  宮崎大学, 工学部, 教授 (50230610)

研究分担者 宇都 卓也  宮崎大学, 工学部, 准教授 (60749084)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワードキラル分離 / 多糖誘導体 / 分子シミュレーション / 操舵分子動力学計算法 / 分子力学パラメータ / 操舵分子動力学報 / 操舵分子動力学法
研究開始時の研究の概要

生体が光学異性体に対して高い識別能を持つことから、キラルな医薬品の開発・合成・製造過程において生理活性を示す光学異性体の分離が大変重要である。この分離を行う装置の部材として、種々の多糖誘導体キラル充填剤が商品化されている。本研究は、多糖誘導体が示す光学異性体分離現象を分子論的に解明するために、種々のキラル分子と既存の多糖誘導体充填剤を対象とする分子シミュレーションを実施する。これより、分離機構モデルを提案するとともに、シミュレーション計算結果と分離実験データに対してデータ駆動型解析を適用し、キラル分子のin silico絶対構造予測や新規多糖誘導体充填剤の分子・材料設計の可能性を探る。

研究成果の概要

医薬品に代表されるキラル化成品の開発・合成・製造過程において光学異性体の分析・分離操作は重要である。多糖類誘導体をキラルセレクターとしてシリカゲル担体にコーティングしたキラル充填剤が開発され、セルロース誘導体をベースとしたキラルセレクターに加え、アミロース誘導体amylose tris(3,5-dimethylphenylcarbamate) (ADMPC)を固定相とするキラルカラムも実用化されている。本研究は、ADMPCを対象としたキラル認識・分離のシミュレーション研究を行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本申請研究手段はキラル認識を多様な結合状態の集合と捉え、実際に発生する分離現象に可能な限り近づけたシミュレーションを目指す。特に、クロマトグラム分離ピークに対応する計算結果の「見える化」に成功した。本シミュレーション手段は汎用性が高く、計算対象ごとに計算手続きを再設計する必要が無。共通の計算手続きのもと、種々の多糖誘導体やキラル分子に対応可能である。1)複数のキラル分子に対して共通の計算手段より求めた体系的な計算結果が得られデータ駆動型解析と相性が良いこと、 2)将来、溶出パターンの予測や溶媒やカラ ム選択等に利用しうるHPLCキラル分離システム補助ソフトウェアの開発が期待される。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (29件)

すべて 2024 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件) 学会発表 (25件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] The Detailed Crystal Structures of Chitin and Chitosan2024

    • 著者名/発表者名
      Yui Toshifumi
    • 雑誌名

      Chitin and Chitosan Research

      巻: 30 ページ: 2-8

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Extended ensemble simulation study of structural polysaccharide crystal structures2024

    • 著者名/発表者名
      Yui Toshifumi, Uto Takuya
    • 雑誌名

      Cellulose Communications

      巻: 31 ページ: 18-21

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [雑誌論文] Extended Ensemble Molecular Dynamics Study of Ammonia?Cellulose I Complex Crystal Models: Free-Energy Landscape and Atomistic Pictures of Ammonia Diffusion in the Crystalline Phase2023

    • 著者名/発表者名
      Yui Toshifumi、Uto Takuya、Noda Kotaro
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Information and Modeling

      巻: 63 号: 13 ページ: 4088-4099

    • DOI

      10.1021/acs.jcim.3c00106

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] キトサン-塩化亜鉛複合体結晶モデルの分子シミュレーション研究2023

    • 著者名/発表者名
      Noda Kotaro、Uto Takuya、Yui Toshifumi
    • 雑誌名

      Journal of Fiber Science and Technology

      巻: 79 号: 2 ページ: 24-31

    • DOI

      10.2115/fiberst.2023-0004

    • ISSN
      2189-7654
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 天然セルロース結晶表面からの分子鎖剥離に関する分子シミュレーション研究2023

    • 著者名/発表者名
      米倉健太、宇都卓也、湯井敏文
    • 学会等名
      令和 5 年度九州地区高分子若手研究会・ 冬 の講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 量子化学計算による糖質分子の立体化学研究2023

    • 著者名/発表者名
      藤川 大雅、湯井 敏文、宇都 卓也
    • 学会等名
      令和 5 年度九州地区高分子若手研究会・ 冬 の講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] セルロース結晶面上を移動するTrichoderma reesei由来 セロビオヒドロラーゼ糖結合性モジュールタンパク質の基質認識2023

    • 著者名/発表者名
      末永 ひな乃,宇都 卓也,湯井 敏文
    • 学会等名
      セルロース学会第 30回年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 各種溶媒に対する天然セルロース結晶の熱力学的評価2023

    • 著者名/発表者名
      米倉健太,宇都 卓也,湯井 敏文
    • 学会等名
      セルロース学会第 30回年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 拡張アンサンブル分子動力学計算法による多糖類分子鎖形成する高次構造の解析2023

    • 著者名/発表者名
      湯井敏文、宇都卓也
    • 学会等名
      第72回高分子討論会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 分子シミュレーションが提案するキチン・キトサン結晶構造の新たな理解2023

    • 著者名/発表者名
      湯井敏文
    • 学会等名
      第37回日本キチン・キトサン学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] βキチン結晶表面からの分子鎖剥離に関する分子シミュレーション研究2023

    • 著者名/発表者名
      米倉健太,宇都卓也,湯井敏文
    • 学会等名
      第37回日本キチン・キトサン学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Pyrococcus furiosus由来耐熱性キチナーゼのキチン結合性モジュール によるキチン分子鎖認識2023

    • 著者名/発表者名
      末永ひな乃,宇都卓也,湯井敏文
    • 学会等名
      第37回日本キチン・キトサン学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] セルロース結晶面上を移動するTrichoderma reesei由来セロビオヒドロラーゼ糖結合性モジュールタンパク質の基質認識2023

    • 著者名/発表者名
      長嶺 一毅、宇都 卓也、湯井 敏文
    • 学会等名
      第60回化学関連支部合同九州大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 密度汎関数理論計算による糖質分子の立体化学研究2023

    • 著者名/発表者名
      藤川大雅、湯井 敏文、宇都 卓也
    • 学会等名
      第60回化学関連支部合同九州大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] イオン液体の細胞毒性に関する分子シミュレーション研究2023

    • 著者名/発表者名
      長浦翔、湯井 敏文、宇都 卓也
    • 学会等名
      第60回化学関連支部合同九州大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] アルコール誘起αヘリックス形成の分子シミュレーション研究2023

    • 著者名/発表者名
      末永 ひな乃、湯井 敏文、宇都 卓也
    • 学会等名
      第60回化学関連支部合同九州大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 分子鎖剥離より評価する天然セルロース結晶の安定性2023

    • 著者名/発表者名
      米倉健太、宇都 卓也、湯井 敏文
    • 学会等名
      第60回化学関連支部合同九州大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 種々の溶媒環境におけるカードラン三重らせん構造の膨潤に伴う自由エネルギー変化量2023

    • 著者名/発表者名
      長谷部智大、宇都 卓也、湯井 敏文
    • 学会等名
      第60回化学関連支部合同九州大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 温度レプリカ交換法による多糖分子鎖の多重らせん構造形成シミュレーション2023

    • 著者名/発表者名
      田大翔、宇都 卓也、湯井 敏文
    • 学会等名
      第60回化学関連支部合同九州大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] セルロース結晶モデル表面からの単分子鎖剥離に関する 分子シミュレーション研究2023

    • 著者名/発表者名
      米倉健太、宇都卓也、湯井敏文
    • 学会等名
      2023年繊維学会年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 溶液中におけるαヘリックスポリペプチド鎖の立体構造安定性2023

    • 著者名/発表者名
      末永ひな乃、宇都卓也、湯井敏文
    • 学会等名
      2023年繊維学会年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] セルロース誘導体におけるキラル分離のシミュレーション研究2022

    • 著者名/発表者名
      武元佑樹, 宇都卓也, 湯井敏文
    • 学会等名
      2022年繊維学会年次大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] セルロース誘導体によるキラル認識2022

    • 著者名/発表者名
      武元佑樹, 宇都卓也, 湯井敏文
    • 学会等名
      化学関連支部合同九州大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] アミロース誘導体によるキラル認識に関する分子シミュレーション研究2022

    • 著者名/発表者名
      米倉健太、宇都卓也、湯井 敏文
    • 学会等名
      化学関連支部合同九州大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] セルロース誘導体キラルセレクターにおけるキラル認識2022

    • 著者名/発表者名
      米倉健太、宇都卓也、湯井 敏文
    • 学会等名
      セルロース学会第29回年次大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 多糖誘導体によるキラル分離のシミュレーション研究2021

    • 著者名/発表者名
      武元 佑樹、宇都 卓也、湯井 敏文
    • 学会等名
      2021年繊維学会年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 多糖誘導体キラルセレクターにおけるキラル認識に関する研究2021

    • 著者名/発表者名
      武元 佑樹、宇都 卓也、湯井 敏文
    • 学会等名
      第58回化学関連支部合同九州大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 多糖誘導体によるキラル分離のシミュレーション研究2021

    • 著者名/発表者名
      武元佑樹, 宇都卓也, 湯井敏文
    • 学会等名
      セルロース学会第 28 回年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] フェニルカルバメート多糖誘導体における キラル認識2021

    • 著者名/発表者名
      岩本成瑠, 宇都卓也, 湯井敏文
    • 学会等名
      セルロース学会第 28 回年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-01-30  

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